荷兰的鹿特丹港是世界上货物流通最重要的交汇点之一,提供了该地区与全球港口的最佳连接。该港口每年处理的货物超过4.6亿吨,因此港口设施和船舶的平稳运行是港口正常运作的必要保障。
如果一艘船舶进港需要更换部件(例如螺旋桨),整个维修周期可能需要数周或数月的时间,在等待期间还会让船舶所有权的公司花费数百万美元。为了应对这一挑战,鹿特丹港开设了创新的增材制造现场实验室(RAMLAB),现场设施的加工装备包括一对能够增材制造大型金属工业零件的6轴机械臂。RAMLAB团队与软硬件的合作伙伴通力合作,努力将该港口超智能化的方向发展。
■图片来源:RAMLAB
目前,RAMLAB已经生产出世界上第一个在海事行业获得等级认证的3D打印船舶螺旋桨。船舶螺旋桨采用混合制造工艺制造,将增材制造与减材加工和研磨技术相结合。该项目从一对6轴机械臂和定向能量沉积增材工艺开始,然后通过CNC加工和抛光完成,以实现严格的公差。最重要的是,整个过程在几天内就可以完成,浪费的材料有限,并且不会降低产品的性能或精度。
作为实验室主要的软件合作伙伴,Autodesk在开发创新混合制造方法中发挥了关键作用,结合了增材制造和减材制造优势和特点。这种组合模式为RAMLAB追求更快的制造提供了选择。首先使用金属3D打印大型船舶部件,然后再使用传统的CNC铣削和磨削方法在几天内完成零件的后处理工艺,因此在不牺牲产品精度或性能的情况下节省时间和成本。
■图片来源:RAMLAB
自开发出最初的螺旋桨原型以来,RAMLAB在之后的时间里对其生产方法进行了更新,进行了一系列严格测试。这些测试包括速度试验、系柱拉力和碰撞停止测试,其中包括从全油门前进到全油门反向,螺旋桨在正常运行期间可以承受的最重负载。在认证机构Bureau Veritas 的监督下,它以优异的成绩通过了这些测试,并最终获得Bureau Veritas的正式等级批准。
RAMLAB董事总经理Vincent Wegener对此表示,随着RAMLAB工作的开展,希望加速混合制造的跨行业采用,按客户需求制造大型零件。实验室的目标是使鹿特丹港不仅成为欧洲的重要港口,而且也是开发新制造方法的行业领导者。Autodesk是重要的合作伙伴,在组合使用最新增材制造技术和传统CNC加工方法进行设计和制造方面,拥有专业知识。”
■图片来源:Autodesk
在增材制造中,先进的材料正在帮助制造商实现提高零件性能和减轻重量。几种关键材料的进步使得制造更高质量的3D打印部件成为可能。今天有更多的选择用于增材制造的材料,这意味着更多的行业可以从中受益。例如金属合金,过去通常在医疗上应用,现在正逐渐在航空航天和汽车应用中推广。
通过尝试同时使用增材和减材制造工艺,得以让工程师和设计师可以在更多的行业和应用中使用增材制造技术。在此过程中的不断改进消除了以前增材制造遇到的一些挑战。对于这两种技术,并不是一个非此即彼的问题,而是可以相容。
Autodesk项目工程师Kelvin Hamilton解释说,增材只是制造零件的一种方式,但是完全用加法代替减法并不真的可行。通常情况下,用户都不想用增材制造来取代成熟的制造工艺,尤其是当零件在传统加工就能完成的情况下,亦是如此。
■图片来源:Autodesk
更好的解决方案是,结合增材和减材各自的优势,特别是对于金属增材制造。用户需要弄清楚何时何地结合这两个过程制造产品,这才是问题的关键。为了成功地结合增材和减材工艺,制造商需要组织良好的工作流程。但迄今为止,将两种工艺相结合仍具有挑战性。
以Autodesk为代表的高级软件,可以跨越产品开发周期的所有阶段,从概念和测试到构建模拟、文件准备和过程控制。对于用户来说,需要的则是一个丰富的工具包,涵盖工作流程的方方面面。增材制造和减材制造的软件解决方案,可以帮助用户预测成功的设计需要什么。
■图片来源:Autodesk
组合使用增材和减材工艺可以实现更好的精加工和平滑的零件表面。光滑的表面可以提高零件的隔热性和强度。当零件的尺寸公差要求更严格时,减材制造是一种更好的加工方式。而减材制造可以添加孔、螺纹或零件接口(即一个零件连接到另一个零件的地方)。
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